The effect of the petrographic composition on the variation of CRI and CSR indices in the Pniówek deposit in the SW part of the Upper Silesian Coal Basin (Poland)

• Autorzy: Probierz K. , Marcisz M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2015-0041

Warianty tytułu

PL

Wpływ składu petrograficznego na zmiany wartości wskaźników CRI i CSR w złożu Pniówek, SW część Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (Polska)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The characteristics of variation of the CRI (Coke Reactivity Index) and CSR ( Coke Strength after Reaction) indices as well as the variation of the petrographic composition of coking coal in the Pniówek deposit (SW part of the Upper Silesian Coal Basin) have been presented. The area in which the research results have been obtained has a fundamental meaning to the Polish coking coal reserves, which are characterized by high variation both in quality and coalification. So far, no research related to the determination of the CRI and CSR variation in deposits that would be based on pillar samples collected from active workings has been performed for the Polish coking coal deposits. The samples have been obtained from 6 coal seams (Załęże Beds, a part of Mudstone Series-Westphalian A), at depths between –500 and –700 m.a.s.l. The variation of CRI and CSR values has been presented both along the depth of the deposit (vertically) as well as isolines maps (horizontal variations). The relationships between the CRI and CSR index values and the parameters which are fundamental for their values, that is the R vitrinite reflectance and the petrographic composition (content of the Vtmmf vitrinite, Lmmf liptinite, and Immf inertinite macerals) have been analyzed. The examined coking coal of the Pniówek coal mine is characterized by the following values of the analyzed parameters: CRI = 19.9-60.8% (mean of 33.4%), CSR = 24.4-65.3% (mean of 49.5%), R = 0.98-1.14% (mean of 1.08%), Vtmmf = 60-81% (mean of 74%), Lmmf = 4-11% (mean of 7%), Immf = 13-31% (mean of 19%). The analysis of the variation of the coal quality parameters has not indicated evident and distinct vertical variation tendencies. When considered together with the horizontal variation in the E-W direction, in the view of the tectonics of the deposit (strike, dip, course of the main faults), it indicated a relation between the quality parameters and the direction of bed dips. In the deposit of the Pniówek coal mine, presence of coals of various quality has been confirmed. In the east, at greater depths, less coalified coal characterized by lower CRI values and higher CSR values is present. Such coal has a lesser vitrinite content and a high inertinite content. In the western direction (opposite to the dip direction), higher coalified coals, with higher CRI values and lower CSR values occur-these coals have a high content of vitrinite and low part of inertinite. Inversion of coalification has been demonstrated, as the smaller the depth the lower the reflectance of the coal should be, whereas the case in the Pniówek coal mine is the opposite. Such inversion may be related, as it has been demonstrated numerous times, to the occurrence of thermal metamorphism which modified the regional structure of coalification. No evident relationship of CSR and CRI values and the petrographic content of coal has been found, which is exhibited by low values of correlation indices. High content of inertinite in the samples characterized by relatively low values of CRI, relatively high CSR values and the lowest reflectance, however, draws attention. This runs against expectations, as usually the coal with better coking properties is characterized by the lowest content of inertinite macerals. The explanation of this relation requires further research on the inertinite macerals, especially the typically inert macerals (that is fusinite, micrinite and sclerotinite). The found relationship between the CSR and CRI values does not deviate from the data provided in literature from around the world. The correlation of the CSR index and the Pniówek coal mine vitrinite reflectance, however, is only partially consistent with the results relating to other coals. This confirms the difference of the coal in the examined area, which was exhibited many times and which should be connected to a very specific course of the coalification processes, especially the effect of thermal metamorphism.

PL

Przedstawiono charakterystykę zmian wskaźników koksowniczych CRI (coke reactivity index) i CSR ( coke strength after reaction) oraz składu petrograficznego węgli koksowych w złożu Pniówek (SW część GZW). Wyniki badań uzyskano w obszarze o podstawowym znaczeniu dla polskiej bazy zasobowej węgli koksowych, która charakteryzuje się znaczną zmiennością jakości i uwęglenia. Badania związane z określaniem zmienności wartości wskaźników CRI i CSR w przestrzeni złożowej, na podstawie próbek bruzdowych pobranych z czynnych wyrobisk górniczych, nie były dotychczas podejmowane w polskich złożach węgli koksowych. Próbki do badań pobrano z 6 pokładów warstw załęskich (Westphalian A) wchodzących w skład Serii Mułowcowej GZW, z przedziału głębokościowego od –500 do –700 m npm. Przedstawiono zmiany wartości wskaźników CRI i CSR zarówno z głębokością złoża (wertykalnie) jak i mapy izolinii (zmiany horyzontalne). Przeanalizowano zależności pomiędzy wartościami wskaźników CRI i CSR a zasadniczymi parametrami wpływającymi na ich wartości tj. refleksyjnością witrynitu R oraz składem petrograficznym (zawartość macerałów grupy witrynitu Vtmmf, liptynitu Lmmf i inertynitu Immf). Badane węgle koksowe z KWK „Pniówek” charakteryzują się wartościami analizowanych parametrów: CRI = 19,9-60,8% (śr. 33,4%), CSR = 24,4-65,3% (śr. 49,5%), R = 0,98-1,14% (śr. 1,08%), Vtmmf = 60-81% (śr. 74%), Lmmf = 4-11% (śr. 7%), Immf = 13-31% (śr. 19%). Analiza zmian parametrów jakości węgla nie wykazała wyraźnych wertykalnych tendencji zmian. Rozpatrywana jednakże łącznie z analizą zmian horyzontalnych w kierunku E–W, na tle tektoniki złoża (rozciągłość, upad, przebieg głównych uskoków), wykazała związek parametrów jakościowych z kierunkiem upadu warstw. W złożu KWK „Pniówek” wykazano obecność populacji węgli różniących się jakością. Na wschodzie, na większych głębokościach, występują węgle niżej uwęglone, o niższych wartościach CRI oraz wyższych CSR, charakteryzujące się niską zawartością witrynitu i podwyższonym udziałem inertynitu. W kierunku na zachód (przeciwnym do upadu) pojawiają się węgle wyżej uwęglone, o wyższych wartościach CRI i niższych CSR, wysokowitrynitowe i o niskim udziale inertynitu. Wykazano inwersję uwęglenia bowiem w miarę zmniejszania się głębokości występowania pokładów powinny pojawiać się węgle o niższej refleksyjności, a nie odwrotnie jak to jest w złożu KWK „Pniówek”. Ta inwersja może mieć związek, jak to wielokrotnie wskazywano, z występowaniem metamorfizmu termalnego modyfikującego regionalny obraz uwęglenia. Wykazano brak wyraźnej zależności wskaźników CSR oraz CRI od składu petrograficznego węgli o czym świadczą niskie wartości współczynników korelacji. Zwraca uwagę wysoki udział inertynitu w próbkach charakteryzujących się względnie niskimi wartościami CRI, i względnie wysokimi wartościami CSR oraz najniższą refleksyjnością. Odbiega to od oczekiwań bowiem zazwyczaj węgle o lepszych własnościach koksowniczych charakteryzują się niższą zawartością macerałów grupy inertynitu. Wyjaśnienie tego związku wymaga dalszych badań macerałów grupy inertynitu, szczególnie udziału macerałów typowo inertnych (tj. fuzynitu, mikrynitu i sklerotynitu). Wykazana zależność wartości wskaźnika CSR od CRI nie odbiega od znanych z literatury światowej. Współzależność wartości wskaźnika CSR od zdolności odbicia światła witrynitu węgli z KWK „Pniowek” jest natomiast jedynie częściowo zgodna z wynikami badań innych węgli. Potwierdza to wielokrotnie wykazywaną odmienność węgli z obszaru badań, którą należy wiązać ze specyficznym przebiegiem procesów uwęglenia, szczególnie oddziaływaniem metamorfizmu termalnego.

Słowa kluczowe

EN

CRI and CSR variation in deposit; coking coal; petrographic composition; vitrinite reflectance; Upper Silesian Coal Basin

PL

Górnośląskie Zagłębie Węglowe; złoże Pniówek; węgiel koksowy; zmiany wartości wskaźników CRI i CSR w złożu; skład petrograficzny; refleksyjność witrynitu

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, no. 2
• Strony: 625--644
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Probierz K.

• Institute for Chemical Processing of Coal, Centre for Technological Research; ul. Zamkowa 1; 41-803 Zabrze, Poland

autor

Marcisz M.

• Institute for Chemical Processing of Coal, Centre for Technological Research; ul. Zamkowa 1; 41-803 Zabrze, Poland

Bibliografia

• [1] Bukowska M., Sanetra U., Wadas M., 2012. Chronostratygraficzna i głębokościowa zmienność porowatości i wytrzymałości węgli w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management, t. 28, z. 4, s. 151-166.
• [2] Diez M.A., Alvarez R., Barriocanal C., 2002. Coal for metallurgical coke production: predictions of coke quality and future requirements for cokemaking. International Journal of Coal Geology, 50, 389-412.
• [3] Karcz A. et al., 2008. Proposal of changes in Polish classification of coking coals according to types. Karbo, spec. ed., 48-51, (in Polish).
• [4] Komorek J., Lewandowska M., Probierz K., 2010. Peculiarities of petrographic composition of coking coals in southwest part of Upper Silesian Coal Basin (Poland) as a results of thermal metamorphism influence. Archives of Mining Sciences, 4, 783-798.
• [5] Marcisz M., Sobolewski A., 2015. Zawartość chloru w węglu kamiennym złoża „Pniówek” z SW części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management, t. 31, z. 1, s. 95-106.
• [6] Menendez J.A., Alvarez R., Pis J.J., 1999. Determination of metallurgical coke reactivity at INCAR: NSC and ECEINCAR reactivity tests. Ironmak. Steelmak., 26, 117-121.
• [7] Micorek T., Heilpern S., Sobolewski A., 2012. Influence of character and depth of deposition on properties and forecasting of coal usability from Pniówek coal mine for blast-furnace coke production. Karbo, 1, 2-14, (in Polish).
• [8] Nakamura N., Togino Y., Tateoka T., 1977. Behavior of coke in large blast furnace. Coal, Coke and Blast Furnace. The Metals Society, London, 1-18.
• [9] Polish Standard PN-C-04312:1996 Coke of hard coals-Determination of coke reactivity to carbon dioxide and coke resistance after this determination.
• [10] Probierz K. (red.) et al., 2003. Monitoring of coal quality from deposit through mining and processing to commercial product. Publ. of Silesian University of Technology, Gliwice, (in Polish, figures, tables and abstract in English).
• [11] Probierz K., Lewandowska M., 2003. Thermal condition of rock Massiv in North-Western part of Upper Silesian Coal basin and possibility of hydrocarbon generation. Archives of Mining Sciences, 1, 3-35, (in Polish, figures, tables and abstract in English).
• [12] Probierz K., Marcisz M., 2010. Estimation of the hard coal quality in a deposit in view of National and International Standards. Archives of Mining Sciences, 4, 847-863.
• [13] Probierz K., Marcisz M., Sobolewski A., 2012. From peat to coking coals of Zofiówka Monocline in Jatrzębie area (SW part of Upper Silesian Coal Basin). Publ. of Institute for Chemical Processing of Coal, Zabrze, (in Polish).
• [14] Probierz K., 1989. Effect of thermal metamorphism of coalification degree (rank) and petrographic composition of the coal seams in the Jastrzębie region (Upper Silesian Coal Basin of Poland). Publ. of Silesian University of Technology, Gliwice, (in Polish, figures, tables and abstract in English).
• [15] Pusz S., Buszko R., 2012. Reflectance parameters of cokes in relation to their reactivity index (CRI) and the strength after reaction (CSR), from coals of the Upper Silesian Coal Basin, Poland. International Journal of Coal Geology, 90-91, 43-49.
• [16] Ryan B.D., Price J.T., 1992. The predicted coke strength after reaction values of British Columbia coals, with comparisons to international coals. Geological Fieldwork, Paper 1993-1, 507-516.
• [17] Tiwari H.P., Banerjee P.K., Saxena V.K., 2013. A novel technique for assessing the coking potential of coals/coal blends for non-recovery coke making process. Fuel, 107, 615-622.
• [18] Tramer A. et al., 2004. Quality criteria of coking coals for production of high quality blast-furnace coke. Karbo, spec. ed., 77-83, (in Polish).