Measurements of time-variant gas pressure in porous media

• Autorzy: Gawor M. , Rysz J.

Warianty tytułu

PL

Pomiary zmiennego w czasie ciśnienia gazu w ośrodkach porowatych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article presents a critical analysis of a commonly-used method of time-variant gas pressure measurements in the pores of coal briquettes. In case of transient-state measurements a considerable reduction of the sensitive volume of the transducer is neccesary. Some results of dynamical response of various sensitive volume transducers are presented. An apprcciable reduction of the sensitive volume in sensors allows the time variations of gas pressure in the pores during the stage of briquettc decompression to be monitored, that is about 2 ms before a crack should appear. A sensor with a sensitive volume of less than 0.5 mm3 registers very distinct pressure changes throughout this time interval. Measurements of gas pressure in the cracks, following the briquette breaking, can be taken with pressure sensors with a the sensitive volume of up to several cubic millimetres.

PL

W artykule przedstawiono krytyczną analizę stosowanego powszechnie sposobu pomiaru zmiennego w czasie ciśnienia gazu w porach brykietów węglowych. Do badań wykorzystano prasowane z drobnych ziaren węgla brykiety nasycone gazem (CO2 lub He) do ciśnienia rzędu kilku dziesiątych MPa (Gawor et al. 1994). Po nagłym obniżeniu ciśnienia następuje rozpad brykietu. W czasie destrukcji mierzono ciśnienie gazu na pobocznicy brykietu, jego odkształcenie i temperaturę. Rzetelny pomiar wymienionych parametrów termodynamicznych jest trudny do realizacji, ponieważ zjawisko jest szybkie (prędkość fali rozrzedzeniowej dochodzi do 100 m/s, a fali kruszenia do 10 m/s). Dlatego użyte do eksperymentu przetworniki ciśnienia, odkształcenia i temperatury muszą być szybkie i mieć dobry kontakt ze szkieletem brykietu. Do pomiaru temperatury wykorzystano specjalnie skonstruowane (o cienkim złączu odniesienia) termoelementy konstantan-manganin. Odkształcenie mierzono tensometrami oporowymi (Rysz 1996) wprasowywanymi w brykiet podczas jego formowania. Bardzo małe liniowe rozmiary tensometrów i te same właściwości sprężyste co otaczającego je węgla umożliwiają wykonanie prawie punktowych, bez opóźnień w czasie pomiarów odkształceń. Ciśnienie gazu mierzono za pomocą piezorezystancyjnych czujników ciśnienia z krzemową membraną, na której naparowany jest mostek Wheatstone'a. Przebadano kilka typów takich czujników. Zmieniano ich konstrukcją tak, aby maksymalnie zmniejszyć objętość „martwą" oddzielającą membraną czujnika od powierzchni brykietu (rys. 2). Wykazano, że zmniejszenie tej objętości prowadzi do zmniejszenia stałej czasowej czujnika, a więc powiększa pasmo przenoszonych zmiennych w czasie ciśnień. Radykalne zmniejszenie objętości martwej przetwornika umożliwia śledzenie zmian w czasie ciśnienia gazu w porach w fazie rozprężania się brykietu, tj. około 2 ms przed momentem pojawienia się szczeliny. Zbudowany czujnik o objętości martwej mniejszej niż 0,5 mm3 rejestruje wyraźne zmiany ciśnienia w tym przedziale czasu (rys. 8). Mierzone ciśnienia są prawdopodobnie zawyżone w porównaniu z rzeczywistymi wartościami ciśnień w porach. Większą dokładność odtworzenia rzeczywistych zmian ciśnienia gazu w porach można uzyskać stosując miniaturowe przetworniki ciśnienia, których membrany mają wymiary dziesiątych części milimetra. Pomiar ciśnienia gazu w szczelinach po pęknięciu brykietu może być wykonany za pomocą czujników o objętości martwej do kilku milimetrów sześciennych.

Słowa kluczowe

EN

dynamic pressure measurements; rarefaction wave; time constant; rock and outbursts

PL

pomiar ciśnienia dynamiczny; fala rozrzedzeniowa; stała czasowa; wyrzuty gazu i skał

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 47, nr 3
• Strony: 347--360
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Gawor M.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 27

autor

Rysz J.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 27

Bibliografia

• [1] Bodziony J., Nelicki A., Topolnicki J., 1990 : Investigations of experimental generation of coal and gas outbursts. Strata as multiphase medium – Rock and gas outbursts 2, 489-508, Kraków.
• [2] Gawor M., Kowalewski T., Rysz J., Smolarski A., 1994: Experimental research on briquette destruction caused by rarefaction waves. Archives of Mining Sciences 39, 3, 313-330.
• [3] Gawor M., Rysz J., 1998: Badanie mechanizmu rozpadu brykietu węglowego. Materiały Konferencji Naukowej „Zjawiska fizyczne w wielofazowym ośrodku skalnym”, IMG PAN, 97-114.
• [4] Lama R.D., Bodziony J., 1996: Outburst of gas, coal and rock in underground coal mines. R. D. Lamaa & Associates, Wollongong NSW, Australia.
• [5] Kulite 1992. Lieferprogramm Messwertaufnehmer.
• [6] Litwiniszyn J., 1994: Rarefaction shock waves in porous media accumulating C02, CH4, N2. Shock Waves 3 2 223-232.
• [7] Rysz J., 1996: Strain gauges for rock outburst studies. MST News Poland. 4.
• [8] Topolnicki J., 1999: Wyrzuty skalno-gazowe w świetle badan laboratoryjnych i modelowych. IGSMiE PAN, Kraków.
• [9] Ujihira M.,Higuchi K.,Nebeya H., 1985: Scale model studies andtheoretical considerations on the mechanism of coal and gas outbursts. Proceedings of 21st International Conference of Safety in Mines Research Institutes(Sydney), 21-25 October 1985, 121-127.