The validation process of the method of balancing gas contained in the pore space of rocks via rock comminution

• Autorzy: Kudasik M. , Pajdak A. , Skoczylas N.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2018.124989

Warianty tytułu

PL

Walidacja metody bilansowania gazu zawartego w przestrzeni porowej skał poprzez ich rozdrobnienie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article discusses the validation process of a certain method of balancing gas contained in the pore space of rocks. The validation was based upon juxtaposition of the examination of rocks’ porosity and the effects of comminution in terms of assessing the possibility of opening the pore space. The tests were carried out for six dolomite samples taken from different areas of the “Polkowice-Sieroszowice” copper mine in Poland. Prior to the grinding process, the rocks’ porosity fell in the range of 0.3-14.8%, while the volume of the open pores was included in the 0.01-0.06 cm3/g range. The grinding process was performed using an original device – the GPR analyzer. T h e SEM analysis revealed pores of various size and shape on the surface of the rock cores, while at the same time demonstrating lack of pores following the grinding process. The grain size distribution curves were compared with the cumulative pore volume curves of the cores before grinding. In order to confirm the argument put forward in this paper – i.e. that comminution of a rock to grains of a size comparable with the size of the rock’s pores results in the release of gas contained in the pore space – the amount of gas released as a result of the comminution process was studied. The results of gas balancing demonstrated that the pore space of the investigated dolomites was filled with gas in amounts from 3.19 cm3/kg to 45.86 cm3/kg. The obtained results of the rock material comminution to grains comparable – in terms of size – to the size of the pores of investigated rocks, along with asserting the presence of gas in the pore space of the studied dolomites, were regarded as a proof that the method of balancing gas in rocks via rock comminution is correct.

PL

W artykule przedstawiona została walidacja metody bilansowania gazu zawartego w przestrzeni porowej skał. Walidacja ta opierała się na zestawieniu badań porowatości skał dolomitu i efektów ich rozdrobnienia w aspekcie oceny możliwości otwarcia przestrzeni porowej. Badania wykonano dla sześciu próbek pobranych z różnych rejonów kopalni rud miedzi O/ZG „Polkowice-Sieroszowice” w Polsce. Materiał skalny przed rozdrobnieniem zbadano metodą porozymetryczną i skaningową SEM, a po rozdrobnieniu metodą granulometryczną. Skały przed rozdrobnieniem posiadały porowatość w zakresie 0.3-14.8%, objętość porów otwartych 0.01-0.06 cm3/g oraz niejednorodny rozkład objętości porów. Rozdrobnienie przeprowadzono za pomocą autorskiej aparatury. Rozdrobnione próbki posiadały zbliżone rozkłady uziarnienia i średnie średnice D3.2 około 4,5 μm. Analizy SEM wykazały, że w strukturze próbek kawałkowych występowały pory o różnych rozmiarach i kształtach, natomiast po rozdrobnieniu nie zaobserwowano porów. Krzywe uziarnienia zestawiono z krzywymi skumulowanej objętości porów rdzeni przed rozdrobnieniem. Uzyskanie punktów przecięcia obydwu krzywych przyjęto jako gwarant otwarcia części porów w skałach i uwolnienia zgromadzonego i zamkniętego dotychczas w nich gazu. Procent otwarcia przestrzeni porowej powiązano ze współrzędnymi punktu przecięcia krzywych. Na potwierdzenie słuszności tezy pracy, iż rozdrobnienie skały do ziarno wielkości porównywalnej do wielkości jej porów powoduje uwolnienie gazu zawartego w przestrzeni porowej, dokonano analizy ilości gazu uwolnionego w wyniku rozdrobnienia. Wyniki bilansowania gazu wykazały, iż w przestrzeni porowej przebadanych dolomitów obecny był gaz, którego ilość wynosiła od 3.19 cm3/kg do 45.86 cm3/kg. Uzyskane w badaniach wyniki rozdrobnienia materiału skalnego do ziarnistości porównywalnej z wielkościami porów badanych skał oraz stwierdzenie obecności gazu w przestrzeni porowej przebadanych dolomitów uznano za dowód prawidłowości działania metody bilansowania gazu w skałach poprzez ich rozdrobnienie.

Słowa kluczowe

EN

porosity; gas; outburst; dolomite; copper ore mines

PL

dolomit; porowatość; zjawiska gazogeodynamiczne; kopalnie rud miedzi

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 4
• Strony: 989--1005
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kudasik M.

• The Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Reymonta 27, 30-059 Krakow, Poland

autor

Pajdak A.

• The Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Reymonta 27, 30-059 Krakow, Poland

autor

Skoczylas N.

• The Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Reymonta 27, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Baran P., Cygankiewicz J., Zarębska K., 2013. Carbon dioxide sorption on polish ortholignite coal in low and elevated pressure. Journal of CO2 Utilization 3-4, 44-48.
• [2] Baran P., Zarębska K., Nodzeński A., 2014. Energy aspects of CO2 sorption in the context of sequestration in coal deposits. Journal of Earth Science 25, 4, 719-726.
• [3] Czerw K., Baran P., Zarębska K., 2017. Application of the stretched exponential equation to sorption of mine gases and sorption induced swelling of bituminous coal. International Journal of Coal Geology 173, 76-83.
• [4] Dürrast H., Siegesmund S., 1999. Correlation between rock fabrics and physical properties of carbonate reservoir rocks. International Journal of Earth Sciences 88, 3, 392-408.
• [5] Feng M., Wu P., Qiang Z., Liu X., Duan Y., Xia M., 2017. Hydrothermal dolomite reservoir in the Precambrian Dengying Formation of central Sichuan Basin, Southwestern China. Marine and Petroleum Geology 82, 206-219.
• [6] Fjaer E., Holt R.M., Horsrud P., Raaen A.M., Rines R., 2008. Petroleum Related Rock Mechanics. 2nd edition, Vol. 53, Elsevier. Amsterdam.
• [7] ISO13320-1:1999(E): Particle size analysis – Laser scattering methods – Part 1: General principles, 1999.
• [8] Jillavenkatesa A., Dapkunas S.J., Lum L-S.H., 2001. Particle Size Characterization. NIST Special Publication, 960-1.
• [9] Kudasik M., Skoczylas N., Murzyn T., Wierzbicki M., 2014. The effectiveness of the rock comminution process in the light of evaluating gas content in rocks. Transactions of The Strata Mechanics Research Institute 16, 3-4, 2014, 81-84.
• [10] Kudasik M., Skoczylas N., Pajdak A., 2017. The repeatability of sorption processes occurring in the coal-methane system during multiple measurement series. Energies 10, 5, 661.
• [11] Kudasik M., Skoczylas N., 2017. Analyzer for measuring gas contained in the pore space in rocks. Measurement Science and Technology 28, 10, 105901.
• [12] Kudasik M., Skoczylas N., 2018. Balancing the amount and composition of gas contained in the pore space of cupriferous rocks. Environmental Earth Sciences 77, 135.
• [13] Li-ming Q., Xue-xi C., 2011. Analysis on the Influence of Coal Strength to Risk of Outburst. Procedia Engineering 26, 602-607.
• [14] Luhmann A.J., Kong X.-Z., Tutolo B.M., Garapati N., Bagley B.C., Saar M.O., Seyfried Jr. W.E., 2014. Experimental dissolution of dolomite by CO2-charged brine at 100°C and 150 bar: Evolution of porosity, permeability, and reactive surface area. Chemical Geology 380, 145-160.
• [15] Mastalerz M., Gluskoter H., Rupp J., 2004. Carbon dioxide and methane sorption in high volatile bituminous coals from Indiana, USA. International Journal of Coal Geology 60, 43-55.
• [16] Niesyt M., Szydłak T., Wyszomirski P., Wodnicka K., 2012. The structural and textural characteristics of certain Polish dolostones affecting their decarbonatization. Bulletin of the Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences 83, 121-129.
• [17] Pajdak A., Godyń K., Kudasik M., Murzyn T., 2017. The use of selected research methods to describe the pore space of dolomite from copper ore mine, Poland. Environmental Earth Sciences 76, 389.
• [18] Pajdak A., Kudasik M., 2017. Structural and textural characteristic of selected copper-bearing rocks as one of the elements aiding in the assessment of gasogeodynamic hazard. Studia Geotechnica et Mechanica 39, 2, 51-59.
• [19] Pamplona M., Kocher M., Snethlage R., 2010. Halite - A new calibration material for microdrilling resistance measurements. Journal of Cultural Heritage 11, 2, 180-184.
• [20] Rouquerol J., Avnir D., Fairbridge C.W., Everett D.H., Haynes J.H., Pernicone N., Ramsay J.D.F., Sing K.S.W., Unger K.K., 1994. Recommendations for the characterization of porous solids (technical report). Pure and Applied Chemistry 66, 8, 1739-1758.
• [21] Schild M., Siegesmund S., Vollbrecht A., Mazurek M., 2001. Characterization of granite matrix porosity and pore-space geometry by in situ and laboratory methods. Geophysical Journal International 146, 1, 111-125.
• [22] Schön J.H., 2011. Chapter 7 – Geomechanical Properties. Handbook of Petroleum Exploration and Production 8, 245-271.
• [23] Siegesmund S., Sne thlage R., 2011. Stone in Architecture: Properties, Durability, Fourth Edition, p. 1-552, Springer-Verlag Berlin. Heidelberger Platz 3. D-14197 Berlin, Germany.
• [24] Skoczylas N., Kudasik M., Wierzbicki M., Murzyn T., 2015. New instruments and methods for analysing the coal-methane system. Studia Geotechnica et Mechanica 37, 1, 85-92.
• [25] Skoczylas N., Wierzbicki M., 2014. Evaluation and management of the gas and rock outburst hazard in the light of international legal regulations. Archives of Mining Sciences 59, 4, 1119-1129.
• [26] Skoczylas N., 2014. Estimating gas and rock outburst risk on the basis of knowledge and experience – the expert system based on fuzzy logic. Archives of Mining Sciences 59, 1, 41-52.
• [27] Sobczyk J., 2014. A comparison of the influence of adsorbed gases on gas stresses leading to coal and gas outburst. Fuel 115, 288-294.
• [28] Sobczyk J., 2011. The influence of sorption processes on gas stresses leading to the coal and gas outburst in the laboratory conditions. Fuel 90, 3, 1018-1023.
• [29] Szlązak N., Korzec M., 2016. Method for determining the coalbed methane content with determination the uncertainty of measurements. Archives of Mining Sciences 61, 2, 443-456.
• [30] Tian S., Jiang C., Xu L., Yang D., Tang J., Chen Y., Li X., 2016. A study of the principles and methods of quick validation of the outburst-prevention effect in the process of coal uncovering. Journal of Natural Gas Science and Engineering 30, 276-283.
• [31] Topolnicki J., Wierzbicki M., Skoczylas N., 2004. Rock and gas outbursts-laboratory tests and in-shaft measurements. Archives of Mining Sciences 49, 1, 99-116.
• [32] Washburn E.W., 1921. The dynamics of capillary flow. Physical Review 17, 3, 273-283.
• [33] Wierzbicki M., Młynarczuk M., 2006. Microscopic analysis of structure of coal samples collected after an gas and coal outbursts in the gallery D-6, coal seam 409/4 in the ‘Zofiówka’ coal mine (Upper Silesian Coal Basin). Archives of Mining Sciences 51, 4, 577-588.
• [34] Wierzbicki M., Młynarczuk M., 2013. Structural aspects of gas and dolomite outburst in Rudna copper mine. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 57, 113-118.
• [35] Wierzbicki M., Skoczylas N., 2014. The outburst risk as a function of the methane capacity and firmness of a coal seam. Archives of Mining Sciences 59, 4, 1023-1031.
• [36] Zhao W., Cheng Y., Jiang H., Jin K., Wang H., Wang L., 2016. Role of the rapid gas desorption of coal powders in the development stage of outbursts. Journal of Natural Gas Science and Engineering 28, 491-501.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019)