Zmiany właściwości mechanicznych i termicznych skał podczas procesu podziemnego zgazowania węgla

• Autorzy: Małkowski P. , Skrzypkowski K.

Warianty tytułu

EN

The change of mechanical and thermal rock properties during underground coal gasification

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano wybrane wyniki badań właściwości mechanicznych oraz termicznych skał w aspekcie procesu podziemnego zgazowania węgla. W tym celu próbki skał karbońskich z kopalni "Wieczorek", gdzie planowany jest eksperyment, zostały wyprażone w temperaturach 300°C, 600°C oraz 1000°C, które są charakterystyczne dla strefy utleniania, redukcji oraz pirolizy przy eksploatacji węgla metodą podziemnego zgazowania. Wpływ temperatury na badane skały uwidacznia się zmianami makroskopowymi, a w efekcie także zmianami bardzo wielu parametrów fizycznych, których wybrane wielkości zaprezentowano w artykule. Badanymi wielkościami były między innymi: wytrzymałość na ściskanie, moduł Younga, współczynnik przewodzenia ciepła oraz pojemność cieplna. Wyniki badań zaprezentowano w formie porównania właściwości próbek skał przed i po wyprażeniu w podanych wyżej temperaturach. Na podstawie analizy wyników badań laboratoryjnych oraz literaturowych odnośnie wpływu temperatury na skały, autorzy wykazali graniczne temperatury, dla których następuje istotna zmiana właściwości skał. Otrzymane w trakcie badań termogramy dały także możliwość oceny zakresu temperatur, dla których następują największe zmiany strukturalne. Zaprezentowane wyniki badań zostały opracowane w ramach Zadania Badawczego nr 3 pt.: "Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej", które finansowane jest przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych "Zaawansowane technologie pozyskiwania energii".

EN

The article presents the selected test results of mechanical and thermal properties of rocks in the aspect of underground coal gasification process. For this purpose, samples of carboniferous rocks from the "Wieczorek" Mine, where the experiment is planned, were heated at the temperatures of 300°C, 600°C and 1000°C, which are characteristic of the oxidation, reduction and pyrolysis zones during exploitation with the underground gasification method. The impact of temperature on the rocks analysed is visible in macroscopic changes, and as a result, also in changes to many physical parameters, selected properties of which have been presented in this article. Properties analysed included: compressive strength, Young module, thermal conductivity coefficient and specific heat capacity. The results of the tests have been presented as a comparison of properties of rock samples before and after heating at the aforementioned temperatures. On the basis of the analysis of laboratory test results and data from literature as regards temperature impact on rocks, the authors have pointed to limit temperatures for which a material change to rock properties occurs. Thermograms obtained during the tests have also allowed for assessing the range of temperatures for which the greatest structural changes in rocks take place. The test results presented in the paper have been developed within Research Task No. 3 "Developing a technology of coal gasification for high efficient production of fuels and electric power", financed by The National Centre for Research and Development under strategic research and development programme "Advanced Technologies for Energy Generation."

Słowa kluczowe

PL

parametry fizyczne skał; temperatura wysoka; podziemne zgazowanie węgla

EN

physical parameters of rocks; high temperature; UCG

• Wydawca: KGHM CUPRUM Spółka z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe
• Czasopismo: Cuprum : czasopismo naukowo-techniczne górnictwa rud
• Rocznik: 2013
• Tom: nr 1
• Strony: 67--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Małkowski P.

autor

Skrzypkowski K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Bibliografia

• [1] Dengina N., Kazak V., Pristash V., 1993, Changes in rocks at high temperature. Journal of Mining Science. Vol. 29, Issue 5.
• [2] Drzewiecki J., Konopko W., 2012, Generator podziemnego zgazowania węgla w technologii górniczej. Przegląd Górniczy, nr 10, s. 54-58.
• [3] Hettema M.H.H., Pater C.J., Wolf K.-H.A.A., 1992, High temperature properties of roof rock of coal. Rock characterization: ISRM International Symposium Eurock’92, Chester UK, J.A. Hudson ed., London, s. 93-98.
• [4] Korzeniowski W., Skrzypkowski K., 2012, Badania zmian wybranych właściwości geomechanicznych skał pod wpływem temperatury do 1100 ˚C w aspekcie potencjalnych możliwości procesu podziemnego zgazowania węgla. Przegląd Górniczy, nr 5.
• [5] Luo J., Wang L., 2011, High-temperature mechanical properties of mudstone in the process of underground coal gasification. Rock Mechanics and Rock Engineering. Vol. 44, Issue 6.
• [6] Małkowski P., 2012, Raport okresowy z badań i prac technicznych wykonanych w okresie: 01.07.2010 – 30.06.2012. Część Tematu Badawczego nr 1.2.1 p.t.: Wymagania górnicze i środowiskowe z modelowaniem procesów geogazodynamicznych. Zakres I: Badania własności geomechanicznych i termicznych skał. AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków, (praca niepublikowana).
• [7] Małkowski P., Kamiński P., Skrzypkowski K., 2012, Impact of heating of carboniferous rocks on their mechanical parameters. AGH Journal of Mining and Geoengineering. Vol. 36, no.1.
• [8] Małkowski P., Niedbalski Z., Hydzik-Wiśniewska J., 2012, Structural changes of rocks subjected to high temperatures and their impact on thermal parameters. GEKO 2012 : 4th traditional international colloquium on Geomechanics and geophysics. Ostravice.
• [9] Małkowski P., Skrzypkowski K., Bożęcki P., 2011, Zmiany zachowania się skał pod wpływem wysokich temperatur w rejonie georeaktora. Prace Naukowe GIG: Górnictwo i Środowisko nr 4/2, Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• [10] Mao X., Zhang L., Li T., Liu H., 2009, Properties of failure mode and thermal damage for limestone at high temperature. Mining Science & Technology no 19, s. 0290-0294.
• [11] Tian H., Kempka T., Schluter R., Feinendegen M., Ziegler M., 2009, Influence of high temperature on rock mass surrounding in situ coal conversion sites. 10th International Symposium on Environmental Geotechnology and Sustainable Development – ISEGSD. Bochum, Germany.
• [12] Tian H., Kempka T., Xu N., Ziegler M., 2012, Physical Properties of Sandstones After High Temperature Treatment. Rock Mechanics and Rock Engineering. Vol. 45, Issue 6.
• [13] Yang L.H., Liu S. Q., Yu L., Zhang W., 2009, Underground Coal Gasification Field Experiment in the High-dipping Coal Seams. Energy Sources, Part A, nr 31, s. 854-862.
• [14] Zhang L., Mao X., Lu A., 2009, Experimental study on the mechanical properties of rocks at high temperature. Science in China Series E: Technological Sciences, vol. 52, no 3, s. 641-646.
• [15] Zhi-jun W., Yang-sheng Z., Yuan Z., Chong W., 2009, Research status quo and prospection of mechanical characteristics of rock under high temperature and high pressure. Procedia Earth and Planetary Science, no 1, s. 565-570.