Estimation of the hard coal quality in a deposit in view of national and international standards

• Autorzy: Probierz K. , Marcisz M.

Warianty tytułu

PL

Szacowanie jakości węgla kamiennego w złożu w świetle standardów międzynarodowych i krajowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The methods of determining changes in the parameter values of coal quality in a deposit are described in consideration of Polish national and international standards, with the use of modern computer-aided tools (AutoCAD, Surfer). Options of combining the software for the estimation of coal quality in a deposit are discussed, also for designation zones of the occurrence of coal with required quality parameters. The usability (easiness and convenience) of using international standards in estimating coal quality is shown, especially in view of modern information technologies. The differences in the principles of hard coal quality estimation according to the ECE standards and the Polish Standard are indicated.

PL

W pracy przedstawiono sposoby określania zmian wartości parametrów jakościowych węgla w złożu/ pokładzie przy użyciu wymienionych narzędzi informatycznych w odniesieniu do międzynarodowych, a następnie krajowych metod szacowania jakości węgla. Szacowanie jakości węgla w złożu, z użyciem metody wykorzystującej zespolenie programów Surfem i AutoCAD, przeprowadzono dla pokładu węgla kamiennego jednej z kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, rozpoznanego za pomocą 107 próbek bruzdowych. Dla tych próbek oznaczono wskaźniki analizy technicznej , zawartość siarki całkowitej [...], wskaźniki koksownicze oraz parametry petrologiczne. Wyniki tych oznaczeń posłużyły do sporządzenia bazy danych. Cyfrowe mapy parametrów jakościowych węgla skonstruowano z wykorzystaniem programu Surfer w wersji 8.0 przy zdeklarowaniu najprostszej metody kreślenia izolinii - metody trójkątów (triangulation with linear interpolation). Skonstruowane w programie Surfer mapy, zaimplementowano na matrycę górniczej mapy pokładowej, wykonanej w programie AutoCAD. Podstawą Klasyfikacji Węgla w Pokładzie ECE - Genewa są współczesne metody oceny jakości węgla w pokładzie opierające się na trzech fundamentalnych grupach parametrów określających: stopień uwęglenia, skład petrograficzny oraz stopień zanieczyszczenia, (rys. 1). Takie zasady określania pozwalają stwierdzić, iż w analizowanym pokładzie występuje węgiel humusowy, średniouwęglony (ortobitumiczny C) o stopniu czystości wahającym się od niskiego do wysokiego (tab. 1), czego obraz graficzny stanowią skonstruowane mapy jakości węgla (rys. 2). Wyniki szacowania jakości badanego węgla, według Międzynarodowego Systemu Kodyfikacji Węgla ECE - Genewa, z użyciem 9 parametrów którym przypisano 14 cyfr kodowych, zestawiono w tablicy 2. Najważniejszą zaletą tej klasyfikacji jest możliwość prezentowania zmian jakości węgla w złożu w "sposób ciągły", co znakomicie ułatwia cyfryzację procesu szacowania jakości węgla w pokładzie/złożu. Podział węgli kamiennych według Polskiej Normy PN-82/G-97002 na tzw. typy technologiczne przedstawiono w tablicy 3, zaś zróżnicowanie tych typów według zawartości części lotnych i spiekalności RI na rysunku 4. Jak wynika z tych danych, jedynym parametrem różnicującym wszystkie typy węgli kamiennych według PN jest zawartość części lotnych. Podobnie parametr spiekalności RI, z tym, że w typach 41 do 43 spiekalność "domyślnie" wynosi 0. Dylatacja, wskaźnik wolnego wydymania, a także zawartość inertynitu stosowane są jedynie dla różnicowania węgli koksowych, zaś ciepło spalania GCV tylko dla najniżej uwęglonych węgli energetycznych. Rozróżnienie węgli typów 33, 34, 35, 36 i 37 jest według PN mało precyzyjne o czym świadczy "częściowe nakładanie się pól ich występowania" i stwarza możliwość niejednoznacznego oznaczenia typu węgla. Węgle rozpatrywanego pokładu według PN reprezentowane są przez typy 32.2 oraz 34.1 i 34.2. Oznacza to występowanie zarówno węgla energetycznego jak i koksowego. Na podstawie danych przedstawionych w tablicy 1 i 3 sporządzono mapy poszczególnych parametrów jakości węgla w pokładzie (rys. 5). Wykreślono przy tym, zgodnie z tablicą 3 i rysunkiem 4, jedynie izolinie graniczne parametrów jakości odpowiadające typom węgla według PN. Superpozycja map poszczególnych parametrów jakości (rys. 5 A, B, C, D, E) pozwoliła sporządzić mapę typów węgla (rys. 5 F). PN oprócz tych wykazanych niejednoznaczności w klasyfikacji węgla, ma istotny mankament jakim jest brak stosowania średniej refleksyjności witrynitu, co nie pozwala na precyzyjne określenie stopnia uwęglenia. Stosowanie tego parametru jak również reflektogramu pozwala łatwo odróżnić mieszanki węglowe od węgli jednorodnych (rys. 6 i 7). Brak znajomości rozkładu refleksyjności - reflektogramu może powodować nawet znaczne błędy w dokładności szacowania parametrów węgla, zarówno w obrębie poszczególnych pokładów (zmiany lateralne) jak i w złożu, na płaszczyznach przekrojów geologicznych (zmiany wertykalne). Wyniki badań wykazały, że zastosowanie poszczególnych parametrów (wartości tych parametrów a w dalszej kolejności kodów) do charakterystyki węgli według Międzynarodowego Systemu Kodyfikacji Węgla ECE - Genewa oraz Klasyfikacji Węgla w Pokładzie ECE - Genewa, aczkolwiek nie pozwalające na łatwą percepcję wyników szacowań jakości, pozwala na precyzyjne określenie właściwości węgla. Taka koncepcja szacowania jakości węgla znakomicie ułatwia cyfryzację tego procesu zaś najważniejszą zaletą obu klasyfikacji jest łatwość zastosowania metod informatycznych do szacowania jakości węgla w złożu. Użycie technik informatycznych wydaje się zatem niezbędne w szacowaniu jakości węgla w złożu zarówno w odniesieniu do obecnie eksploatowanego jak i przewidywanego do wydobycia w przyszłości. Jest to szczególnie ważne ze względów ekonomicznych dla każdej kopalni, a przede wszystkim dla kopalń, w których są lub będą w przyszłości eksploatowane węgle koksowe, wobec ich deficytu na rynkach międzynarodowych. Stwierdzono, że doskonałym narzędziem informatycznym pozwalającym na szacowanie, z pożądaną dokładnością, jakości węgla w złożu jest zastosowanie programów AutoCAD i Surfer. Oprogramowanie to pracujące w sposób zespolony, umożliwia wielowariantowy proces szacowania jakości węgla w złożu pozwalając równocześnie na wybór optymalnej metody, czyli najbardziej reprezentatywnej i obarczonej najmniejszym błędem. Jego zastosowanie powinno także znacząco wpłynąć na koszty produkcji węgla i ułatwić predykcję jakości węgla, i to nie tylko w kopalniach które prowadzą lub będą prowadzić równocześnie eksploatację węgli energetycznych i koksowych. Porównanie metod szacowania jakości węgla w złożu z użyciem Międzynarodowego Systemu Kodyfikacji Węgla ECE - Genewa i Klasyfikacji Węgla w Pokładzie ECE - Genewa oraz Polskiej Normy PN-82/G-97002 wykazało dość istotne różnice. Dotyczą one oczywiście także uzyskanych wyników. Najważniejszą determinantą pozwalająca określić jakość węgla według PN jest wyznaczenie odpowiedniego typu węgla (co może powodować opisane uprzednio niedogodności, niedokładności i uzyskanie niezamierzonych rezultatów). Byłoby to może i słuszne, gdyby konsekwentnie stosowano przedziały wartości poszczególnych parametrów jakości wyznaczających dany typ węgla. Posługiwanie się typem węgla jest względnie proste łatwe i przydatne w praktyce. Niestety bogactwo odmian węgla, występującego w różnych złożach świata, i różniącego się swoimi właściwościami nie pozwala na taki prosty opis węgla. Wieloletnie i wszechstronne badania węgla wykazały ponadto uzależnienie stosowanych w PN parametrów od składu petrograficznego. Nie zastosowanie współczesnych parametrów oceny jakości węgla, takich jak: średnia reflksyjność witrynitu, reflektogram, grupy macerałów, używanych powszechnie w praktyce międzynarodowej, a także niekonsekwentne stosowanie parametrów wyznaczających dany typ, obniża istotnie dokładność szacowania jakości węgla w złożu według PN. W pracy wykazano także, że stosowana w polskim górnictwie węglowym norma PN-82/G-97002 charakteryzująca typy węgla kamiennego nie pozwala na precyzyjne szacowanie jego parametrów w złożu. Norma bazuje głównie na parametrze zawartości części lotnych - uzależnionym od składu petrograficznego, pomija zaś nowoczesne wskaźniki, powszechnie uznane i obowiązujące standardów międzynarodowych oraz precyzyjnie określające stopień uwęglenia tj. średnią refleksyjność witrynitu i skład petrograficzny.

Słowa kluczowe

EN

Upper Silesian Coal Basin; quality parameters; coal quality estimation; information technologies

PL

Górnośląskie Zagłębie Węglowe; parametry jakościowe; szacowanie jakości węgla; techniki informatyczne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, no 4
• Strony: 847--863
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Probierz K.

autor

Marcisz M.

• Instytut Geologii Stosowanej, Faculty of Mining and Geology, Silesian University of Technology, 44-100 Gliwice, ul. Akademicka 2a, Poland

Bibliografia

• Gabzdyl W. et al., 2003. Występowanie i rozmieszczenie typów technologicznych węgla, określone na kolejnych etapach rozpoznawania złóż, na przykładzie KWK Szczygłowice i KWK Pniówek w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria: Górnictwo, z. 257, 193-206.
• Gabzdyl W., Hanak B., Probierz K., 1994. Zmienność jakości węgla kamiennego w pokładach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. VIII Konferencja z cyklu: "Zagadnienia surowców energetycznych w gospodarce krajowej" pt. "Wpływ jakości węgla na jego racjonalne użytkowanie i ochronę środowiska", Kraków, Polska, 1-12.
• Gabzdyl W., Probierz K., 1986. Pozycja węgli z południowej części Rybnickiego Okręgu Węglowego (typy 34-42) w klasyfikacji genetyczno-przemysłowej. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria: Górnictwo, z. 149, 487-499.
• Gabzdyl W., Probierz K., Marcisz M., 2004. Dokładność rozpoznania geologicznego złoża a możliwość selektywnej eksploatacji pokładów węgla. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria: Górnictwo, z. 260, 69-79.
• Probierz K. (red.) et al., 2003. Monitoring jakości węgla kamiennego od złoża poprzez procesy eksploatacji i przeróbki do produktu handlowego. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• Probierz K. (red.) et al., 2006. Monitoring petrologiczny jakości węgla kamiennego (pokłady węgla - procesy przeróbcze - produkt handlowy). Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• Probierz K., 1998. Uwagi do ilościowej i jakościowej weryfikacji bazy zasobowej w kopalniach węgla GZW. Prace Naukowe GIG, seria: Konferencje, nr 24, 95-105.
• Probierz K., Lewandowska M., 2003. Warunki termiczne masywu skalnego w północno-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego a możliwości generowania węglowodorów. Archives of Mining Sciences, vol. 48, no. 1, p. 3-35.
• Probierz K., Lewandowska M., Marcisz M., 2007. Recognize of possibilities of coking coals occurrence on the basis of petrographical analysis. 16th Conference on Engineering Geology, Bochum, Niemcy, 405-412.
• Probierz K., Łozińska M., Kaliski M., 2006. Charakterystyka jakości surowca do produkcji cementu ze złoża "Folwark" w kredowej niecce opolskiej (zachodnia część Górnego Śląska, Polska). Archives of Mining Sciences, vol. 51, no. 1, p. 55-57.
• Probierz K., Marcisz M., 2000. Zastosowanie kombinacji programów AutoCAD i Surfer do konstrukcji map jakości węgla. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria: Górnictwo, z. 246, 439-450.
• Probierz K., Marcisz M., 2004a. Metoda konstrukcji cyfrowych map geologicznych. 13. semináře Moderní matematické metody v inženýrství (3mi), Dolní Lomná, Republika Czeska, 143-149.
• Probierz K., Marcisz M., 2004b. Zastosowanie kombinacji programów AutoCAD i Surfer do konstrukcji map górniczogeologicznych. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, seria: Wykłady, nr 27, 149-159.
• Probierz K., Marcisz M., 2007a. Nowe szanse i możliwości wykorzystania programów AutoCAD i Surfer do konstrukcji map górniczo-geologicznych - ich znaczenie w procesie kontroli jakości węgla i planowania produkcji kopalni. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, t. 23, 259-195.
• Probierz K., Marcisz M., 2007b. The digital mining-geology maps. 16th Conference on Engineering Geology, Bochum, Niemcy, 191-195.
• Probierz K., Marcisz M., 2009. Szacowanie jakości węgla w złożu według Polskiej Normy i Międzynarodowego Systemu Kodyfikacji Węgla z użyciem programów Surfer i AutoCAD. Przegląd Górniczy, nr 3-4, 19-24.
• Stach E. et al., 1982. Stach's Textbook of Coal Petrology. Gebrüder Borntraeger, Berlin - Stuttgart.