Przebieg kinetyki adsorpcji metanu jako wskaźnik zmian strukturalnych pokładu w rejonie stref uskokowych

• Autorzy: Wierzbiński K.

Warianty tytułu

EN

The course of methane adsorption kinetics as indicator of seam structural changes in the fault zone area

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono porównawcze wyniki badań kinetyki adsorpcji metanu na węglach z pokładów kopalń "Pniówek" i "Zofiówka", w tym z wyrobisk, w których wystąpiły zjawiska gazogeodynamiczne lub wypływy metanu związane z obecnością stref uskokowych. Badania węgla przeprowadzono na analizatorze IGA-001 (Intelligent Gravimetric Analyser). Z przeprowadzonych badań wynika, że występują istotne różnice w przebiegach kinetyk adsorpcji w zależności od predyspozycji wyrzutowych węgla. Łagodniejszy przebieg adsorpcji obserwuje się na węglach z pokładów, w których nie odnotowano objawów zagrożenia wyrzutowego, w przeciwieństwie do wyższej dynamiki zjawiska charakteryzującej węgle ze stref uskokowych z zaistniałymi zjawiskami gazogeodynamicznymi. Przyczyną wyraźnego wzrostu prędkości adsorpcji na węglach z rejonów uskokowych jest zmiana (zniszczenie) jego struktury w wyniku działania sił tektonicznych. Obecność w strukturze węgla systemu makroszczelin umożliwiających ruchy Browna (o średnicy > 10-5 cm) wpływa na wyraźny wzrost prędkości adsorpcji. Parametrem charakteryzującym przebieg kinetyki adsorpcji (jego dynamiki) jest efektywny współczynnik dyfuzji De. W badaniach prowadzonych w Zakładzie Zwalczania Zagrożeń Gazowych Kopalni Doświadczalnej "Barbara" nad określeniem predyspozycji wyrzutowych pokładu, współczynnik dyfuzji stanowi jeden ze wskaźników stanu zagrożenia wyrzutowego.

EN

The article presents comparative results of investigations regarding the kinetics of methane adsorption on coals from seams of "Pniówek" and "Zofiówka" mines, including mine workings, where gasogeodynamic phenomena or methane outflows connected with the presence of fault zones occurred. Coal tests were carried out using the IGA-001 analyser (Intelligent Gravimetric Analyser). It results from the investigations carried out that there occur essential differences in the courses of adsorption kinetics according to the outburst predispositions of coal. A more soft adsorption course is observed on coals from seams where outburst hazard symptoms were not noted, contrary to higher dynamics of the phenomenon characterising coals from fault zones with gasogeodynamic phenomena that came into being. The reason of the distinct increase of adsorption velocity on coals from fault areas is the change (destruction) of their structure as a result of tectonic force action. The presence in the coal structure of a macrofracture system enabling Brown's movements (with diameter > 10-5 cm) influences the distinct adsorption velocity increase.The parameter characterising the course of adsorption kinetics (its dynamics) is the effective diffusion coefficient De. In investigations conducted in the Gas Hazard Control Department of the Experimental Mine "BARBARA" into the determination of seam outburst predispositions the diffusion coefficient constitutes one of the indicators of the outburst hazard state.

Słowa kluczowe

PL

górnictwo; bezpieczeństwo; analiza kinetyki sorpcji; zagrożenie wyrzutami gazu i skał

EN

mining; safety; sorption kinetics analysis; gas and rock outburst hazard

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 67, nr 6
• Strony: 70--75
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Wierzbiński K.

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• 1. Araszczuk D., Wierzbiński K.: Ujęcie metanu ze strefy uskokowej jako element profilaktyki wyrzutowej, ROP Rybnik, 2009.
• 2. Bangham D. H., Franklin R. E., Hirst W., Maggs F.A.P.: A Structural Model for Coal Substance. Fuel, nr 28, 1949.
• 3. Cybulski W., Piskorska-Kalisz Z.: Określenie mikroszczelinowatości węgla w pokładach zagrożonych wyrzutami gazów i skał metodą optyczną oraz badanie wpływu strzelania na naturalną szczelinowatość węgla z pokładów. Komunikat GIG nr 456, 1959.
• 4. Czapliński A., Lasoń M.: Sorpcja dwutlenku węgla na węglach kamiennych o różnym stopniu metamorfizmu. Arch. Górn. t. X, 1965.
• 5. Dokumentacja pracy badawczo-usługowej Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, 2006 r.: Badanie struktur węgla w rejonie chodnika transportowego D-6 w pokładzie 409/4 w oparciu o próby kawałkowe pobrane z ociosu wyrobiska oraz próby ziarnowe z mas powyrzutowych. Kraków, 2006.
• 6. Ettinger I. L.: Gazojemkost iskopajemych uglej. Izdat. „Niedra” Moskwa, 1966.
• 7. Ettinger I. L.: Wniezapnyje wybrosy ugla i gaza i struktura uglej. Izd. „Niedra”. Moskwa 1969.
• 8. Gil H., Świdziński A.: Wyrzuty gazowo-skalne w kopalniach podziemnych. Skrypty uczelniane Politechniki Śląskiej nr 1035, Gliwice, 1982.
• 9. Jakubów A., Tor A.: Wyrzuty metanu i skał w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A. 4 Szkoła Aerologii Górniczej Komitet Górnictwa PAN, Kraków, 2006.
• 10. Jakubów A., Tor A., Wierzbicki M.: Własności strukturalne węgla w rejonie wyrzutu węgla i gazu w chodniku transportowym D-6 w pokładzie 409/4 KWK „Zofiówka”. XIII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna GZN Ustroń, 2006.
• 11. Krause E., Wierzbiński K.: Badania kinetyki sorpcji węgli z pokładów zagrożonych wyrzutami metanu i skał. XIII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna GZN Ustroń, 2006.
• 12. Młynarczuk M., Wierzbicki M.: Microscopic analysis of structure of coal samples colected 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, nr 4, vol. 51, 2006.
• 13. Piskorska-Kalisz Z.: Laboratoryjne metody oznaczenia własności fizykomechanicznych próbek węgla pobranych z pokładów zagrożonych wyrzutami metanu i skał. Opracowanie dla ITEZ., 1978.
• 14. Pluta I., Śląski R., Orawski K.: Uwarunkowania silnych zjawisk gazogeodynamicznych zaistniałych w kopalniach „Pniówek” i „Zofiówka”. Prace Naukowe GIG, Górnictwo i Środowisko, Kwartalnik nr 4, 2006.
• 15. Seidle J. P., Metcalfe R. S., Mee D., Puri R.: Review of Research Efforts in Coalbed Methane Recovery. Workshop on the Recovery and End –Use of Coal – Bed Methane, Report no. A-10, Katowice, 1992.
• 16. Sprawozdanie Komisji powołanej dla zbadania przyczyn i okoliczności wyrzutu metanu i skał oraz wypadku zbiorowego, zaistniałego w dniu 22 listopada 2005 roku w Jastrzębiu Zdroju, 2006.
• 17. Szewczyk K., Kaczkowski J.: Występowanie i ewidencja wyrzutów gazów i skał oraz charakterystyka tego zagrożenia w dolnośląskich kopalniach węgla. Zbiór referatów. Konferencja nt. Kierunki zwalczania zagrożenia wyrzutami gazów i skał w kopalniach Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego, Sobótka, 1992.
• 18. Van Krevelen D. W., Schyer J.: Węgiel. Chemia węgla i jego struktura. PWN. W-wa, 1959.
• 19. Wierzbiński K.: Wpływ stref zaburzeń geologicznych na zmiany wskaźników zagrożenia wyrzutowego. Szkoła Eksploatacji Podziemnej, Kraków, 2010.
• 20. Wrona B.: Metoda wagowa badania własności sorpcyjnych węgli kamiennych. Przegląd Górniczy nr 2, 1983.
• 21 Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 29 czerwca 2002 roku w sprawie Bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych (Dz. U. Nr 139, poz. 1169)