Analysis of the impact of physicochemical parameters characterizing coal mine waste on the initialization of self-ignition process with application of Cluster Analysis

• Autorzy: Smoliński A.

Identyfikatory

DOI

10.7424/jsm140306

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Purpose The subject of the research presented in this paper is the analysis of physicochemical parameters characterizing coal mine waste, in terms of their impact on the initialization of the self-ignition phenomenon. Methods The model was constructed with the application of Hierarchical Cluster Analysis complemented with a colour data map enabling the tracing of similarities between the samples of coal mine waste in the space of parameters and between the examined physicochemical parameters in the space of samples. The data set analysed included parameters characterizing coal mine waste collected from 12 various coal mine waste dumps, either in operation or closed, and where thermal effects either took place or were not reported. Results The HCA model constructed and complemented with a colour data map revealed that the tendency of coal mine waste to self-ignite is primarily affected by the contents of moisture, ash, volatile matter, C and S, values of heat of combustion, calorific value and contents of SiO2, Al2O3, K2O, SO3, TiO2, Co, Ni and Rb. Practical implications One of the major environmental hazards associated with the storage of coal mine waste is the possibility of self-ignition. At present, there are no applicable methods of assessment of this risk. The application of Hierarchical Clustering Analysis complemented with a colour data map enabled the analysis of data structures organized in matrix X(m × n) by tracing the similarities between the examined objects in the parameter space and between the measured parameters in the object space, and therefore contributed to the development of procedures of coal mine waste self-ignition risk assessment. Originality/ value The originality of the study presented in this paper comes from finding the parameters affecting the tendency of coal mine waste to self-ignite.

Słowa kluczowe

EN

coal mine waste; self-ignition; HCA

PL

odpady kopalniane; samozapłon; HCA

• Wydawca: Elsevier ; Główny Instytut Górnictwa
• Czasopismo: Journal of Sustainable Mining
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 13, iss. 3
• Strony: 36--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz.

Twórcy

autor

Smoliński A.

• Department of Energy Saving and Air Protection, Central Mining Institute (Katowice, Poland), tel. [phone], fax: [phone]

Bibliografia

• 1. BP. (2013). Statistical review of World Energy. Retrieved July 16, 2014 from http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/statistical-review/statistical_review_of_world_energy_2013.pdf.
• 2. Cairney, T. (1991, July). Evaluating the potential for subterranean smouldering, Land Reclamation: An End to Dereliction? In Papers Presented at the Third International Conference on Land Reclamation: An End to Dereliction?, Cardiff.
• 3. Cebulak, S., Gardocki, M., Miczajka, M., Szlosarek, M., & Tabor, A. (2010). Wstępna ocena możliwości stosowania proszków gaśniczych w prewencji endogenicznych pożarów w obiektach zagospodarowania odpadów z wydobycia węgla kamiennego [Preliminary feasibility study on application of dry powder extinguishers for the prevention of the endogenic fires in coal waste dumps]. Górnictwo i Geologia, 4, 77–90.
• 4. Cebulak, S., Miczajka, M., Tabor, A., Skręt, U., & Gardocki, M. (2009). Badania możliwości zastosowania chlorku wapnia jako antypirogenu w zwalczaniu zjawisk termicznych w obiektach zagospodarowania odpadów wydobywczych z eksploatacji węgla kamiennego [Feasibility study on application of calcium chloride as antypirogen in fighting thermal phenomena on hard coal mine dumps]. Górnictwo i Geologia, 2, 13–30.
• 5. Cebulak, S., Smieja-Król, B., Tabor, A., Misz, M., Jelonek, I., & Jelonek, Z. (2005). Oksyreaktywna analiza termiczna (OTA) – dobra i tania metoda oceny samozapalności węgli na składowiskach – wstępne wyniki badań [Oxyreactive Thermal Analysis – good and cost-effective method for assessment of waste self-ignition on coal mine waste dumps – preliminary research results]. In J. Jureczko, Z. Buła, J. Żaba (Eds.), Geologia i zagadnienia ochrony środowiska w regionie górnośląskim (pp. 135–138). Warszawa: Państwowy Instytut Geologiczny i Polskie Towarzystwo Geologiczne.
• 6. Choudhry, V. (1977). Disposal of rejects and controlling reject fires. Journal of Mines, Metals & Fuels, 25(4), 122–123.
• 7. Djaković-Sekulić, T., Smoliński, A., Perisić-Janjić, N., & Janicka, M. (2008). Chemometric characterization of (chromatographic) lipophilicity parameters of newly synthesized striazine derivatives. Journal of Chemometrics, 22(3–4), 195–202.
• 8. Dulewski, J., Madej, B., & Uzarowicz, R. (2010). Zagrożenie procesami termicznymi obiektów zagospodarowania odpadów z górnictwa węgla kamiennego [The hazards of thermal processes in the facilities of coal mine waste management]. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 26(3), 125–142.
• 9. Falcon, R.M. (1986). Spontaneous combustion of the organic matter in discards from the Witbank coalfield. Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, 64(1), 243–250.
• 10. Gawor, Ł. (2010). Analiza i ocena ryzyka dla środowiska w związku ze składowaniem „odpadów węglowych” na zwałowiskach [Environmental risk assessment for coal mine waste storage on coal mine waste dumps]. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie, 2(186), 11–14.
• 11. Gogola, K., Bajerski, A., & Smoliński, A. (2012). Modyfikacja metody oceny zagrożenia pożarowego na terenach lokowania odpadów powęglowych [Modification of the method of assessment of fire hazards in coal mine waste dumps]. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko, 11(2), 13–32.
• 12. Gogola, K., Iwaszenko, S., & Smoliński, A. (2012). Próba zastosowania reaktora ze złożem stałym do oceny punktu inicjacji zapłonu obiektów formowanych z odpadów powęglowych [Application of a fixed-bed reactor for assessment of the ignition initiation point of objects formed from coal wastes]. Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko, 11(1), 35–46.
• 13. Hartigan, J.A. (1985). Statistical theory in clustering. Journal of Classification, 2(1), 63–76.
• 14. Kauffman, L., & Rousseeuw, P.J. (1990). Finding groups in data; An introduction to cluster analysis. New York: John Wiley & Sons.
• 15. Massart, D.L., & Kauffman, L. (1983). The interpretation of analytical data by the use of Cluster Analysis. New York: John Wiley & Sons.
• 16. Noworol, C. (1989). Analiza skupień w badaniach empirycznych. Rozmyte modele hierarchiczne [Cluster Analysis in empirical investigations. Fuzzy Hierarchical Models]. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe.
• 17. OECD/IEA. (1993). International Energy Agency: Clean Coal Technologies. Options for future.
• 18. Państwowy Instytut Geologiczny. (2014). Retrieved June 20, 2014, from http://www.pgi.gov.pl/.
• 19. Romesburg, H.C. (1984). Cluster analysis for researchers. Belmont: Lifetime Learning Publications.
• 20. Smoliński, A. (2007). Energetyczne wykorzystanie węgla jako źródło emisji rtęci. Porównanie zawartości Hg w wybranych polskich węglach z zawartością tego metalu w węglach na świecie [Energy use of coal as a source of mercury emissions. Comparison of Hg content in selected Polish coals with the content of this metal in world coals]. Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów, 2(238), 45–53.
• 21. Smoliński, A. (2008). Gas chromatography as a tool for determining coal chars reactivity in a process of steam gasification. Acta Chromatographica, 20(3), 349–365.
• 22. Smoliński, A. (2010). Niekonwencjonalne metody wykorzystania węgla kamiennego dla otrzymywania gazu bogatego w wodór [Unconventional methods of hard coal utilization in hydrogen -rich gas production]. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa (880), 1–114.
• 23. Smoliński, A., & Hławiczka, S. (2007). Chemometric treatment of missing elements in air quality data sets. Polish Journal of Environmental Studies, 16(4), 613–622.
• 24. Smoliński, A., & Pichlak, M. (2009). Innovation in Polish industry: the cluster concept applied to clean coal technologies in Silesia. Technology in Society, 31(4), 356–364.
• 25. Smoliński, A., Walczak, B., & Einax, J.W. (2002). Hierarchical clustering extended with visual complements of environmental data set. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 64(1), 45–54.
• 26. Smoliński, A., Falkowska, L., & Pryputniewicz, D. (2008). Chemometric exploration of sea water chemical components data set with missing elements. Oceanological and Hydrobiological Studies, XXXVII(3), 49–62.
• 27. Smoliński, A., Rompalski, P., Cybulski, K., Chećko, J., & Howaniec, N. (2014). Analysis of trace elements in hard coals of the Upper Silesian Coal Basin, Poland. The Scientific World Journal. Article ID 234204, doi: 10.1155/2014/234204.
• 28. Stańczyk, K., Dubiński, J., Cybulski, K., Wiatowski, M., Świądrowski, J., Kapusta, K., Rogut, J., Smoliński, A., Krause, E., & Grabowski, J. (2010). Podziemne zgazowanie węgla – doświadczenia światowe i eksperymenty prowadzone w KD Barbara [Underground coal gasification – worldwide experiences and experiments peformed in Experimental Mine Barbara]. Polityka Energetyczna, 13(2), 423–433.
• 29. U.S. DOE. (2013). U.S. International Energy Outlook 2013. Retrieved July, 14, 2014 from http://www.eia.gov/forecasts/ieo/ pdf/0484(2013).pdf.
• 30. Vandeginste, B.G.M., Massart, D.L., Buydens, L.M.C., DeJong, S., Lewi, P.J., & Smeyers-Verbeke, J. (1998). Handbook of Chemometrics and Qualimetrics: Part B. Amsterdam: Elsevier.
• 31. Vogt, W., Nagel, D., & Sator, H. (1987). Cluster analysis in clinical chemistry: A model. New York: John Wiley & Sons.
• 32. Ward, J.H. (1963). Hierarchical grouping to optimize an objective function. Journal of the American Statistical Association, 58(301), 236–244.
• 33. World Coal Institute. (2000). Coal – Power for Progress (4th edition), March 2000.
• 34. Zołotajkin, M., Smoliński, A., Ciba, J., Skwira, M., & Kluczka, J. (2014). Analysis of the Silesian Beskid (Poland) forests extinction. Journal of Chemistry. doi:10.1155/2014/748236.