Modelowanie zjawisk termicznych w masywie skalnym w otoczeniu georeaktora

• Autorzy: Cała M. , Stopkowicz A. , Kowalski M. , Blajer M.

Warianty tytułu

EN

Modelling of thermal phenomena in the rock mass in the vicinity of a georeactor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podziemne zgazowanie węgla jest zagadnieniem szeroko badanym w kontekście możliwości wykorzystania pokładów węgla, których klasyczna eksploatacja jest ekonomicznie nieuzasadniona bądź technologicznie trudna. Ze względu na złożoność procesu zgazowania węgla, brak doświadczeń praktycznych, prognozowanie jego wpływu na otaczające geośrodowisko jest zagadnieniem trudnym. W artykule analizie poddano możliwości modelowania procesów termicznych oraz prognozowania ich wpływu na otaczający masyw skalny. W tym celu wykorzystano program metod różnic skończonych FLAC 3D, w którym odwzorowano warunki doświadczeń ex situ prowadzonych dla różnych układów kanałów ogniowych. Uzyskane rezultaty z symulacji numerycznych porównywano z rzeczywistymi pomiarami. Pozwoliło to na ocenę możliwości wykorzystania narzędzi numerycznych do oceny i prognozowania wpływu procesów termicznych towarzyszących podziemnemu zgazowaniu węgla na otaczające geośrodowisko.

EN

Underground coal gasification is usually widely studied for possibilities of underground coal utilisation in places where normal underground excavation is economically undesirable or technologically difficult. Due to the complexity of coal gasification process and lack of practical experience, forecasting of its environmental impact is quite a hard task. This paper shows the options of numerical modelling of thermal phenomena and forecasting its influence on the surrounding rock mass. The finite difference method software FLAC3D was used for this purpose. The various ex-situ experiments for different fire channels were modelled. The results of numerical simulations were compared with data from ex-situ experiments. It allowed to estimate the possibilities of using numerical methods for the evaluation and forecasting environmental impacts of thermal processes which accompany the underground coal gasification.

Słowa kluczowe

PL

podziemne zgazowanie węgla; procesy termiczne; modelowanie numeryczne

EN

underground coal gasification; thermal processes; numerical modelling

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 70, nr 11
• Strony: 76--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Cała M.

• AGH w Krakowie

autor

Stopkowicz A.

• AGH w Krakowie

autor

Kowalski M.

• AGH w Krakowie

autor

Blajer M.

• AGH w Krakowie

Bibliografia

• 1. Ahlers, C. F., Finsterle, S., and Bodvarsson, G. S.: Characterization and prediction of subsurface pneumatic response at Yucca Mountain, Nevada. J. Contam. Hydrol. 1999, Nr 38, s. 47 ÷ 68.
• 2. Baston D. P.: Analytical and Numerical Modelling of Thermal Conductive Heating in Fractured Rock. Kingston, Queen’s University April 2008.
• 3. Bear J.: Dynamics of Fluids in Porous Media. New York, Dover Publications. Inc. 1972.
• 4. Bhutto A. W., Bazmi A. A., Zahedi G.: Undergroung Coal Gasification: From Fundamentals to Applications. Progress in Energy Combustion Science 2013, No. 39, s. 189 ÷ 214.
• 5. Cała M.: Raport końcowy z badań i prac technicznych wykonanych w okresie 4.05.2010 – 30.06.2013. Część tematu badawczego nr 1.2.1: Wymagania górnicze i środowiskowe z modelowaniem procesów geogazodynamicznych. Zakres 3 – Opracowanie modeli symulacyjnych geogazotermicznych i obliczenia weryfikacyjne. Praca niepublikowana.
• 6. Cała M., Stopkowicz A., Kowalski M.: Symulacja procesów fizycznych towarzyszących podziemnemu zgazowaniu węgla na podstawie modelowania numerycznego. Przegląd Górniczy luty 2013, Nr 2, s. 72÷79.
• 7. Fourier J.: Analytical Theory of Heat. London, Cambridge Warehouse 1878.
• 8. Imran M., Kumar D., Kumar N., Qayyum A., Saeed A.: Environmental Concerns of Underground Coal Gasification. Renewable and Suitable Energy Reviews 2014, No. 31, s. 600÷610.
• 9. ITASCA FLAC3D: Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions – Thermal Analysis, Minneapolis, Minesota USA, Itasca Consulting Group Inc. 2009.
• 10. Kapusta K., Stańczyk K., Wiatowski M., Chećko J.: Environmental Aspects of a Field-Scale Underground Coal Gasification Trial in a Shallow Coal Seam at the Experimental Mine Barbara in Poland. Fuel 2013, No. 113, s. 196 ÷ 208.
• 11. Lanru J., Xiating F.: Numerical modeling for coupled thermo-hydro--mechanical and chemical processes (THMC) of geological media - International and Chinese experiences. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering 2003, vol. 22 (10), s. 1704 ÷ 1715.
• 12. Małkowski P.: Raport końcowy z badań i prac technicznych wykonanych w okresie 4.05.2010-31.12.2012. Część tematu badawczego nr 1.2.1: Wymagania górnicze i środowiskowe z modelowaniem procesów geogazodynamicznych. Zakres 1 – Badania właściwości geomechanicznych i termicznych skał. Praca niepublikowana.
• 13. Małkowski P., Niedbalski Z., Hydzik-Wiśniewska J.: The Change of Structural and Thermal Properties of Rocks Exposed to High Temperatures in the Vicinity of Designed Geo-Reactor. Archives of Mining Sciences 2013, Vol. 58, No. 2, s. 465÷480.
• 14. Prabu V., Jayanti S.: Heat Affected Zone Analysis of High Ash Coals During Ex Situ Experimental Simulation of Underground Coal Gasification. Fuel 2014, No. 123, s. 167÷174.
• 15. Pudewills A.: Numerical Analysis of Long–Term Thermomechanical Behavior of Repository Structures. Transaction, SMiRT 2001, Paper 1055
• 16. Smoliński, A. , Stańczyk, K., Kapusta, K., Howaniec, N.: 2012, Chemometric study of the ex situ underground coal gasification waste-water experimental data, Water, Air, and Soil Pollution, Volume 223, Issue 9, November 2012, Pages 5745÷5758.
• 17. Tsang C.-F. (ed.): Coupled Processes Associated with Nuclear Waste Repositories, Academic Press 1987.
• 18. Tsang C.-F., Stephansson O.: A Conceptual Introduction to Coupled Thermo-Hydro-Mechanical Processes. in Fractured Rocks, Stephansson O., Jing L. and Tsang C.-F. (Editors): Coupled Thermo-Hydro-Mechanical Processes of Fractured Media. Developments in Geotechnical Engineering 1996, vol. 79
• 19. Wachowicz J., Iwaszenko S., Janoszek T., Cempa-Balewicz M., 2013, Zastosowanie pakietu FLUENT do symulacji procesu podziemnego zgazowania węgla – koncepcja metody, Przegląd Górniczy, vol. 69, nr 02, pp. 64÷71
• 20. Weßling S.: The investigation of underground coal fires - towards a numerical approach for thermally, hydraulically, and chemically coupled processes. Inaugural Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften im Fachbereich Physik der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultat der Westfalischen Wilhelms-Universitat 2007.
• 21. Wiatowski M., Stańczyk K., Świądrowski J., Kapusta K., Cybulski K., Krause E., Grabowski J., Rogut J., Howaniec N., Smoliński A.: Semi-Technical Underground Coal Gasification (UCG) Using the Shaft Method in Experimental Mine “Barbara”, Fuel 2012, No. 99, s. 170÷179.
• 22. Wyniki badań Cz.T.B. 3.1.1. pod kierunkiem Stańczyk K., GiG, realizowanych w ramach Zadania Badawczego nr 3 pt.: „Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej” finansowanych przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju”. Materiały niepublikowane.
• 23. Wyniki badań Cz.T.B. 3.2.2. pod kierunkiem Wachowicz J., GiG, realizowanych w ramach Zadania Badawczego nr 3 pt.: „Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej” finansowanych przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju”. Materiały niepublikowane.
• 24. Yang D., Sarhosis V., Sheng Y.: Thermal-Mechanical Modelling Around the Cavities of Underground Coal Gasification, Journal of the Energy Institute 2014, No. XXX, s. 1÷9

Uwagi

PL

Pracę sfinansowano ze środków badań prowadzonych w ramach Zadania Badawczego nr 3 pt.: „Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej” - obszar 3.2. Model symulacyjny georeaktora, które finansowane jest przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.