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)

• Autorzy: Wierzbicki M. , Młynarczuk M.

Warianty tytułu

PL

Strukturalne badania mikroskopowe prób pobranych z mas powyrzutowych w chodniku transportowym D-6 w pokładzie 409/4 KWK "Zofiówka"

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the possible causes of rock and gas outbursts in collieries is structural changes in coal occurring in geologically disturbed areas. This paper summarises the results of measurements of rock fracturing as well as vitrinite and mylonite content after an outburst in the gallery D-6 in the "Zofiówka" coal mine. Measurement data show that coal in this region contains vast amounts of structurally deformed coal, with a thick network of internal fracturing. Such structure of the coal matter may facilitate gas accumulation in coal's internal structure and gas release whenever pressure changes should occur.

PL

W dniu 22 listopada 2005 r. w chodniku transportowym D-6 KWK ,,Zofiówka" (rys. l) miał miejsce wyrzut metanu i skał. W jego wyniku chodnik został zasypany masami wyrzutowymi na długości ok. 35 m od czoła przodku a do atmosfery kopalnianej w czasie jednej godziny wydzieliło się ponad 8000 m3 metanu. Po wyrzucie, w rejonie kawerny wyrzutowej, widoczne były dwa uskoki. Ich przebieg wskazywał na zawiasowy charakter tych nieciągłości (rys. 2). Jedną z przyczyn występowania wyrzutów węgla i gazu w kopalniach węgla kamiennego mogą być zmiany strukturalne węgla występujące w rejonach zaburzeń geologicznych pokładów. W pracy zaprezentowano wyniki pomiarów stereologicznych prób węglowych pobranych z mas powyrzutowych w omawianym wyrobisku. Masę tą w dominującym stopniu stanowił miał węglowy. Próby ziarnowe przeznaczone do badań pobrano w sposób krzyżowy z górnej (2 m od spągu), środkowej (1 m od spągu) i dolnej (20 cm od spągu) części mas - próbki oznaczone jako OM/U, OM/M, OMID - oraz na wysokości 2 m od spągu chodnika, w rejonie prawego ociosu, środkowej części wyrobiska oraz przy lewym jego ociosie - próbki oznaczone jako OMlUR, OM/UM, OM/UL. Z poszczególnych próbek wykonano zgłady a podczas ich obserwacji szczególną uwagę zwrócono na zawartość witrynitu, udział substancji odmienionej strukturalnie oraz na udział spękań występujących na poszczególnych składnikach struktury. Próbki obserwowano przy powiększeniu 200x. Zliczano następujące obiekty: klej, (nie był przedmiotem analizy), witrynit nieodmieniony (V), struktura odmieniona typu mylonit (MY), inertynit + liptynit (nieodmienione) (I+L), spękania na witrynicie (Cr(V), spękania na strukturze odmienionej (Cr(MY), spękania na inertynicie i liptynicie (Cr(I+L", substancje nieorganiczne (IS). Przykłady analizowanych struktur widoczne na zgładach pokazano na rys. 3. W tabeli I podano udziały procentowe poszczególnych struktur widocznych na zgładach oraz wartości odchyleń standardowych dla poszczególnych zliczeń, obliczone zgodnie z Polską Normą. We wszystkich próbkach występował węgiel odmieniony strukturalnie - mylonit. Średnia jego zawartość w masach powyrzutowych, liczona wraz ze spękaniami na tej strukturze, wynosiła 15.2%. Badany węgiel posiadał dużą zawartość witrynitu, wynoszącą średnio 83.7:1:.2.7% - ostatnia kolumna tabeli. Niezwykle ważną cechą strukturalną węgla, wpływającą na gazopojemność węgla i kinetykę odgazowania, jest stopień jego spękania. W tablicy 2 podano udziały spękań na poszczególnych, wydzielonych wcześniej grupach strukturalnych węgla obliczone ze wzorów (1-3). Struktura węgla zmylotynizowanego charakteryzuje się bardzo gęstą siecią spękań, podczas obserwacji mikroskopowych, osiągającą kilkaset pęknięć na milimetr. Gęstość spękań na mylonicie, (kol. 2, tab. 2) zawierała się w przedziale od 22.8 do 40.2[%] - średnio 31.6%. Średni udział spękań na węglu nieodmienionym strukturalnie wynosi natomiast 5.1 % (kol. 3 tab. 2). Różnica w istniejącej sieci spękań pokazuje, że przy takim samym ciśnieniu gazu mylonit posiadać może wielokrotnie większą pojemność gazową (dla gazu nie związanego sorpcją) niż węgiel nieodmieniony strukturalnie. Dodatkowo, gaz ten może zostać szybciej uwolniony poprzez niezwykle rozbudowaną sieć spękań wewnętrznych, co przejawia się wyższą wartością współczynnika dyfuzji stwierdzoną innymi badaniami (Cybulski et al., 2006). Czynniki te niewątpliwie wpływają na wzrost zagrożenia wyrzutowego. Brak wcześniejszych objawów sygnalizujących wzrost zagrożenia wyrzutem węgla i gazu bądź zagrożenia metanowego w przodku chodnika transportowego D-6, wysoki wskaźnik odgazowania węgla oraz istnienie w masach powyrzutowych znacznej ilości węgla odmienionego strukturalnie, mogącego gromadzić znaczne ilości gazu oraz oddawać go ze zwiększoną kinetyką w przypadku wystąpienia gradientu ciśnienia, pozwalają na stwierdzenie, że wyrzut w wyrobisku nastąpił w wyniku zbliżenia się czoła przodku do tzw. kieszeni gazowej.

Słowa kluczowe

EN

gas and coal outburst; coal structure; stereology

PL

wyrzuty węgla i gazu; struktura węgla; analiza ilościowa; masy powyrzutowe

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 51, no 4
• Strony: 577--588
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wierzbicki M.

autor

Młynarczuk M.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, Ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków; Poland

Bibliografia

• Beamish, B., Crosdale, P.J., 1998. Instantaneous outbursts in underground coal mines: An overview and association with coal type. International Journal of Coal Geology, 35, 27-55.
• Bodziony, J., Kraj, W., Ratajczak, T., 1990. Application of Stereology to Investigations of the Structure of Coal from the Lower Silesia Coal Basin. Rock Strata as Multi-phase Media - Rock and Gas Outbursts. Editor: J. Litwiniszyn. AGH-UST Publishers, Kraków (In Polish).
• Cybulski, W., Bloch, Z., 1964. Classifi cation of Outburst-Prone Seams Basing on Microcracking. 3rd International Symposium on Rock and gas Outbursts in Mines, Cracow, Poland (in Polish).
• Cybulski, K., Krzystolik, P., Kreuse, E., Wierzbiński, K., Zawierucha, M., Walter, P., Gąsior, P., 2006. Analysis of Methane Explosion and Rock and Gas Outburst Hazard in the section D JWS S.A. in Colliery "Zofiówka" in Jastrzębie Zdrój and Identification of Hazard Levels on the Basis Methane Bearing Capacity and Sorption Properties of Coal. after an Outburst of Methane and Rocks in the Seam 409/4. section D on 22.11.2005.
• Report for the Committee Appointed by the President of the Central Mining Authority to Investigate the Causes and Circumstances of the Outburst and a Group Accident that Occurred on 22 November 2005 in the Colliery "Zofiówka"belonging to the Mining Corporation JWS S.A. in Jastrzębie Zdrój (In Polish).
• Czapliński, M., Lasoń, M., 1965. Sorption of Carbon Dioxide at High Pressures on Hard Coals of Various Degree of Metamorphism. Archives of Mining, vol. 10, no 1.
• Dziurzyński, W., Matuszewski, K., Sułkowski, J., Wasilewski, S., 2006a. Investigation of Methane Hazard and Ventilating Conditions and Mining Activities in the Seam 409/4. section D on 22. 11. 2005. on the Basis of Supervisor's Records. Report for the Committee Appointed by the President of the Central Mining Authority to Investigate the Causes and Circumstances of the Outburst and a Group Accident that Occurred on 22 November 2005 in the Colliery "Zofiówka". belonging to the Mining Corporation JWS S.A. in Jastrzębie Zdrój 2006 (In Polish)
• Dziurzyński, W., Ratajczak, T., Wierzbicki, M., Młynarczuk, M., Aksamit, J., 2006b, Investigation of Coal Structures in the Region of the Gallery D-6 in the coal seam 409/4 Basing on Testing of Samples from Side Walls and Grain Structure Tests of Samples from Rock Debris after an Outburst. Report for the Committee Appointed by the President of the Central Mining Authority to Investigate the Causes and Circumstances of the Outburst and a Group Accident that Occurred on 22 November 2005 in the Colliery "Zofiówka". belonging to the Mining Corporation JWS S.A. in Jastrzębie Zdrój 2006 (In Polish).
• Gabzdyl, W., 1969. Petrographic and Facial Characteristics of Coal Seams and Rocks in the Colliery "Jastrzębie"(Rybnik Coal Basin). Wydawnictwa Geologiczne, Warsaw (In Polish).
• Krause, E., 2005. Analysis of Potential Gas and Outburst Hazard in Mines in Upper Silesia Coal Basin. Wiadomości Górnicze (In Polish).
• Jakubów, A., Tor, A., Tobiczyk, S., 2003. Methane and Rock Outburst in a Drift II on the Level 100 m in the Colliery "Pniówek": Circumstances. Causes and Results. School of Underground Mining, Szczyrk. Poland (In Polish).
• Huoyin, Li .Yujiro Ogawa, Sohei Shimada, 2003. Mechanism of methane flow through sheared coals and its role in methane recovery. Fuel 82, 1271-1279.
• Lama, R.D., Bodziony, J., 1996. Outburst of Gas. coal and Rock in Underground Coal Mines. R.D. Lama & Associates. Wollongong. NSW Australia.
• Lamberson, M.N., Bustin, R.M., 1993. Coalbed methane characteristics of Gates Formation coals. Northeastern British Colombia: effect of maceral composition. American Association of Petroleum Geologists Bulletin 77. 2062-2076.
• Młynarczuk, M., 2002. Potential Applications of Image Analysis and Mathematical Morphology to Sterelogical Analysis of Rock Structures. Archives of Mining Sciences, vol. 49, p. 117-140 ( In Polish) Standard PN-ISO 7404-3, 2001. Methodology of Petrographic Analysis of Hard (Bituminous) Coal and Anthracite. Methodology for Determining Maceral Contents.
• Skoczyński, A.A., 1954. Current Views on Nature of Rock and Gas Outbursts in Mines and Counteraction Measures. Mining Review, No 10 (In Polish).
• Report for the Committee Appointed by the President of the Central Mining Authority to Investigate the Causes and Circumstances of the Outburst and a Group Accident that Occurred on 22 November 2005 in the Colliery "Zofiówka". belonging to the Mining Corporation JWS S.A. in Jastrzębie Zdrój (In Polish). Kraków 2006.
• Suchodolski, Z., 1977. Problems of Rock and Gas Outbursts in Underground Mines. Wrocław University of Technology Press (In Polish).
• Topolnicki, J., Wierzbicki, M., Skoczylas, N., 2004. Rock and Gas Outbursts - Laboratory Tests and In-Shaft Measurts Archives of Mining Sciences. Vol. 49, p. 99-116 (In Polish).
• Yunxing, Cao., Dingdong, He., David C. Glick., 2001. Coal and gas outbursts in footwalls of reverse faults. International Journal of Coal Geology, No 48.
• Yunxing, Cao. Gareth , D. Mitchell. Alan Davis. Daming Wang. 2000. Deformation metamorphism of bituminous and anthracite coals from China. International Journal of Coal Geology, 43, 227-242.
• Williams, R.J., Weissmann, J.J., 1995. Gas emission and outburst assessment in mixed CO and CH4 environments. Proc. ACIRL Underground Mining Sem. Australian Coal Industry Res. Lab. North Ryde. 12.