Chronostratigraphic and depth variability of porosity and strength of hard coals in the Upper Silesian Basin

• Autorzy: Bukowska M. , Sanetra U. , Wadas M.

Warianty tytułu

PL

Chronostratygraficzna i głębokościowa zmienność porowatości i wytrzymałości węgli w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article presents values of porosity and compression strength of hard coals from the area of the Upper Silesian Coal Basin. The change of the stage of carbonification, which results from conversion of coal substance in the process of coalification, is a source of many changes in the structure of coal. These changes exert influence on values of physical parameters, including the values of porosity and strength. Porosity and compression strength change with the degree of carbonification, a result of the depth of deposition. This study determined the values of effective porosity of coals and their strength considering the age chronology of coal seams and the depth of their occurrence. It examined coals of the Cracow Sandstone Series, the Mudstone Series, the Upper Silesian Sandstone Series, and the Paralic Series from depths ranging from about 350 m to 1200 m. The authors have shown that effective porosity of the Upper Silesian coals changes for particular stratigraphic groups and assumes values from a few to a dozen or so per cent, while compression strength from several to several dozen megapascals. It has been observed, from a chronostratigraphic perspective, that there is a shifting of the upper and lower limits of intervals of porosity variations towards higher values for younger coals. With the increase in compression strength, value of porosity in particular stratigraphic groups generally decreases. However, no regular changes were observed inmean, uniaxial compressive strength with the increase in the age of subsequent stratigraphic groups. On the other hand, for bright coal and semi-bright coal, a visible decrease in compression strength with the depth of deposition of strata was observed.

PL

W artykule przedstawiono wartości porowatości i wytrzymałości na ściskanie węgli kamiennych z obszaru Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Zmiana stopnia uwęglenia, który wynika z przemian materii węglowej w procesie uwęglenia, jest źródłem wielu zmian w strukturze węgla. Zmiany te wpływają na wartość parametrów fizycznych, w tym na wartość porowatości i wytrzymałości. Porowatość i wytrzymałość na ściskanie zmieniają się ze stopniem uwęglenia, który wynika z głębokości zalegania. Przedstawione w artykule wartości porowatości efektywnej węgli i ich wytrzymałość zostały opracowane z uwzględnieniem chronologii wiekowej pokładów węgla i głębokości ich występowania. Przebadano węgle krakowskiej serii piaskowcowej, serii mułowcowej, górnośląskiej serii piaskowcowej i serii paralicznej, z głębokości od około 350 m do około 1200 m. Autorzy wykazali, że porowatość efektywna węgli górnośląskich zmienia się dla poszczególnych grup stratygraficznych i przyjmuje wartości od kilku do kilkunastu procent a wytrzymałość na ściskanie od kilkunastu do kilkudziesięciu megapaskali. Zaobserwowano, w ujęciu chronostratygraficznym, przesuwanie się górnej i dolnej granicy przedziałów zmienności porowatości w kierunku wyższych wartości dla węgli młodszych. Ze wzrostem wytrzymałości na ściskanie wartość porowatości w poszczególnych grupach stratygraficznych generalnie maleje. Nie zaobserwowano natomiast regularnych zmian średniej wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie ze wzrostem wieku kolejnych grup stratygraficznych. Dla węgla błyszczącego i półbłyszczącego wykazano natomiast wyraźny spadek wytrzymałości na ściskanie z głębokością zalegania pokładów.

Słowa kluczowe

EN

porosity; strength; coal; Upper Silesian Coal Basin

PL

porowatość; wytrzymałość; węgiel; Górnośląskie Zagłębie Węglowe

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 28, z. 4
• Strony: 151--166
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bukowska M.

autor

Sanetra U.

autor

Wadas M.

• Central Mining Institute, Katowice, Poland,

Bibliografia

• [1] Bukowska et al. 2000 - Bukowska M., Gawyoe J., Sanetra U., Szedel D., Wadas M. 2000 - Parameters of rocky raw materials and their usefulness in the construction industry (In Polish: Parametry fizyczne surowców skalnych a ich przydatność w budownictwie i drogownictwie). Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 16, z. 2.
• [2] Bukowska M., 2012 - Susceptibility of Rock Mass to Rockburst - Geological and Geomechanical Methods of Testing (In Polish: Skłonność górotworu do tąpań - geologiczne i geomechaniczne metody badań) Wydawnictwo GIG. Katowice.
• [3] Bukowski P., 2009 - Determining of water hazard zones for mining exploitation planned in the vicinity of reservoirs in abandoned mines. Mineral Resources Management. Vol. 25, No. 3, pp. 203-215. Cracow.
• [4] Bukowski P., 2010 - Determining of safety pillars in the vicinity of water reservoirs in mine workings within abandoned mines in the Upper Silesian Coal Basin (USCB). Journal of Mining Science. Vol. 46, No. 3, pp. 298-310.
• [5] Ceglarska-Stefańska et al. 1995 - Ceglarska-Stefańska G., Stachurski J., Vogt E., 1995 - Porosity of the Polish Hard Coals, Archives of Mining Sciences, Volume 40, Issue 3.
• [6] Chodyniecka et al. 1993 - Chodyniecka L., Gabzdyl W., Kapuściński T., 1993 - Mineralogy and Petrography for Miners (In Polish: Mineralogia i petrografia dla górników).
• [7] Chudzik W., Nodzeński A. 1993 - Low-temperature Adsorption of Argon on Hard Coals. (In Polish: Niskotemperaturowa adsorpcja argonu na węglach kamiennych) Mat. Zjazdu PTChem. i SITP Chem., Toruń, S-4 P-29.
• [8] Czapliński A., (ed.), 1994 - Hard Coal (In Polish: Węgiel Kamienny). Wydawnictwo AGH, Kraków.
• [9] Gabzdyl W., 1989 - Geology of Coal (In Polish: Geologia węgla) Skrypt Pol. Śl. no.1427/2.
• [10] Jasieńko S., (red.), 1995 - Chemistry and Physics of Coal (In Polish: Chemia i fizyka węgla) Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej Wrocław, pp. 221-261.
• [11] Jureczka J., Kotas A., 1995 - Tectonogenesis of the Upper Silesian Coal Basin (In Polish: Tektonogeneza Górnośląskiego Zagłębia Węglowego) [In:] The Carboniferous System in Poland. Zdanowski A., Żakowa H. (ed.). Prace PIG Vol. CXLVIII, pp. 168-171.
• [12] Kawęcka J., 1988 - Porous Structure of Hard Coal (In Polish: Struktura porowata węgli kamiennych) Zeszyty Naukowe AGH no. 1212, Chemia, no. 8, pp. 69-88.
• [13] Krevelen D. W., Schuyer J., 1959 - Coal. Chemistry of Coal and its Structure (In Polish: Węgiel. Chemia węgla i jego struktura) PWN. Warszawa.
• [14] Krevelen D. W., 1961 - COAL. Typology - Chemistry - Physics - Construction. Elsevier Publishing Comany.
• [15] Krzesińska et al. 2004 - Krzesińska M., Pilawa B., Pusz S. 2004 - Physical Structure of Hard Coals in the Light of Spectroscopy EPR, Ultrasound and Optic Testing. (In Polish: Struktura fizyczna węgli kamiennych w świetle badań spektroskopii EPR, ultradźwiękowej i optycznej) Karbo 2004 no. 2, pp. 64-67.
• [16] Lasoń M., (ed.), 1988 - Sorption of Gases and Vapours versus Properties of Polish Hard Coals as Dispersion Systems. (In Polish: Sorpcja gazów i par a własności polskich węgli kamiennych jako układów dyspersyjnych) Part I, Zeszyty Naukowe AGH, Chemia, no. 8. Kraków.
• [17] Mahajan O. P., 1991 - CO2 Surface Area of Coal: the 25 - Year Paradox. Carbon 29, 735.
• [18] Ndaji et al. 1997 - Ndaji F. H., Butterfild I. M., Thomas K. M., 1997 - Changes in the macromolecular structure of coals with pyrolysis temperature. Fuel, 76, 169.
• [19] Nelson J. R., 1983 - Determination of molecular weight between cross links of coals from solvent - swelling studies. Fuel 62, 112.
• [20] Orzechowska-Zięba A., Nodzeński A., 2008 - Sorption Capacity of Hard Coal against Hydrocarbons C6-C8. (In Polish: Chłonność sorpcyjna węgla kamiennego względem węglowodorów C6-C8. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Volume 24, Number 3/3.
• [21] Ryncarz T., 1993 - An Outline of RockMass Physics (In Polish: Zarys fizyki górotworu). ŚląskieWydawnictwo Techniczne. Katowice.
• [22] Seewald H., Klein I., 1985 - Methansorption an Stainkohle und Kennzeichnung der Porenstrukture. Gluckauf - Forschungshefte, 47, 149.
• [23] Strugała A., 2001 - Porosity of Bituminous Coals (In Polish: Porowatość węgli bitumicznych). Gospodarka Surowcami Mineralnymi, Vol. 17, No. 2, pp. 5-17.
• [24] Walker et al. 1988 -Walker P. L., Verma S. K., Rivera-Ultrilla J., Davis A. 1988 - Densities, Porosities and Surface Areas of Coal Maurals as Measured by their Interaction With Gases. Vapours and Liquids, Fuel, 67, 1615.
• [25] Żyła M., (ed.), 2000 - Hard Coal-Methane System from the Aspect of Desorption and Methane Recovery from Mine Gases (In Polish: Układ węgiel kamienny-metan w aspekcie desorpcji i odzyskiwania metanu z gazów kopalnianych). Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków.